RU2603051C2 - Adjusting measurements of the effects of acoustic radiation force for background motion effects - Google Patents
Adjusting measurements of the effects of acoustic radiation force for background motion effects Download PDFInfo
- Publication number
- RU2603051C2 RU2603051C2 RU2013132551/14A RU2013132551A RU2603051C2 RU 2603051 C2 RU2603051 C2 RU 2603051C2 RU 2013132551/14 A RU2013132551/14 A RU 2013132551/14A RU 2013132551 A RU2013132551 A RU 2013132551A RU 2603051 C2 RU2603051 C2 RU 2603051C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- shear wave
- background motion
- tracking
- motion
- background
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/48—Diagnostic techniques
- A61B8/485—Diagnostic techniques involving measuring strain or elastic properties
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/44—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device
- A61B8/4483—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer
- A61B8/4488—Constructional features of the ultrasonic, sonic or infrasonic diagnostic device characterised by features of the ultrasound transducer the transducer being a phased array
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/52—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/5269—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves involving detection or reduction of artifacts
- A61B8/5276—Devices using data or image processing specially adapted for diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves involving detection or reduction of artifacts due to motion
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
- G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
- G01S7/52023—Details of receivers
- G01S7/52036—Details of receivers using analysis of echo signal for target characterisation
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
- G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
- G01S7/52023—Details of receivers
- G01S7/52036—Details of receivers using analysis of echo signal for target characterisation
- G01S7/52042—Details of receivers using analysis of echo signal for target characterisation determining elastic properties of the propagation medium or of the reflective target
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
- G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
- G01S7/5205—Means for monitoring or calibrating
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B8/00—Diagnosis using ultrasonic, sonic or infrasonic waves
- A61B8/08—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings
- A61B8/0825—Detecting organic movements or changes, e.g. tumours, cysts, swellings for diagnosis of the breast, e.g. mammography
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S15/00—Systems using the reflection or reradiation of acoustic waves, e.g. sonar systems
- G01S15/88—Sonar systems specially adapted for specific applications
- G01S15/89—Sonar systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
- G01S15/8906—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques
- G01S15/8909—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration
- G01S15/8915—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration using a transducer array
- G01S15/8925—Short-range imaging systems; Acoustic microscope systems using pulse-echo techniques using a static transducer configuration using a transducer array the array being a two-dimensional transducer configuration, i.e. matrix or orthogonal linear arrays
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
- G01S7/52—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00
- G01S7/52017—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S15/00 particularly adapted to short-range imaging
- G01S7/52085—Details related to the ultrasound signal acquisition, e.g. scan sequences
- G01S7/52095—Details related to the ultrasound signal acquisition, e.g. scan sequences using multiline receive beamforming
Landscapes
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Surgery (AREA)
- Pathology (AREA)
- Radiology & Medical Imaging (AREA)
- Biophysics (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Heart & Thoracic Surgery (AREA)
- Medical Informatics (AREA)
- Veterinary Medicine (AREA)
- Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
- Animal Behavior & Ethology (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Public Health (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- Gynecology & Obstetrics (AREA)
- Computer Vision & Pattern Recognition (AREA)
- Ultra Sonic Daignosis Equipment (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к медицинским ультразвуковым диагностическим системам и в частности к ультразвуковым системам, которые выполняют измерения жесткости или упругости тканей с использованием поперечных (сдвиговых) волн.The invention relates to medical ultrasound diagnostic systems and, in particular, to ultrasound systems that perform measurements of tissue stiffness or elasticity using transverse (shear) waves.
Были разработаны различные средства удаленного исследования механических свойств ткани для диагностических целей, которые используют силу излучения ультразвукового пучка для удаленного приложения силы к области ткани в теле пациента (сила акустического излучения; также называются «толкающими» импульсами). Сила акустического излучения может быть приложена таким образом, что можно будет измерить упругие свойства, либо визуально различить области различной жесткости локально в точке деформации путем отслеживания деформации непосредственно с помощью дальнейшей ультразвуковой визуализации, чтобы следовать модели деформации квазистатически. См., например, публикацию Nightingale, K.R. et al, “On the feasibility of remote palpation using acoustic radiation force”, J. Acoust. Soc. Am., vol. 110 no. 1 (2001), pp. 625-34; и M.L Palmieri и соавт. Деформация, вызванная силой акустического излучения, также может быть использована в качестве источника поперечных волн, распространяющихся в сторону от зоны деформации, которые затем могут быть отображены для исследования соседних областей на их материальные свойства посредством визуализации скорости поперечных волн во временной области. См. в этой связи публикации Sarvazyan, A. et al., “Shear wave elasticity imaging: A new ultrasonic technology of medical diagnostics”, Ultrasound Med. Biol. 24, pp 1419-1435 (1998) и ”Quantifying Hepatic Shear Modulus In Vivo Using Acoustic Radiation Force”, Ultrasound in Med. Biol., vol. 34, 2008. Этот способ также может быть использован для оценки частотной области, волнового модуля сдвига и вязкости. См. публикацию Fatemi, M. et al., “Ultrasound-stimulated vibro-acoustic spectrography”, Science 280, pp 82-85 (1998). Эти способы используют одномерный массив излучателей для формирования поперечных волн и, таким образом, связаны ограниченной эффективной глубиной проникновения и сочетанием слабой связи и ограничений безопасности, налагаемых на максимальную мощность возбуждающих лучей, в сочетании с неблагоприятными эффектами дифракции, которые ограничивают глубину проникновения для эффективного измерения. См. публикацию Bouchard, R. et al., “Image Quality, Tissue Heating, and Frame Rate Trade-offs in Acoustic Radiation Force Impulse Imaging”, IEEE Trans. UFFC 56, pp 63-76 (2009).Various tools have been developed to remotely study the mechanical properties of tissue for diagnostic purposes, which use the radiation power of an ultrasonic beam to remotely apply force to a region of tissue in the patient’s body (acoustic radiation force; also called “pushing” pulses). The strength of the acoustic radiation can be applied in such a way that it is possible to measure the elastic properties, or visually distinguish regions of different stiffness locally at the deformation point by tracking the deformation directly using further ultrasound imaging to follow the deformation model quasistatically. See, for example, Nightingale, K.R. et al, “On the feasibility of remote palpation using acoustic radiation force”, J. Acoust. Soc. Am., Vol. 110 no. 1 (2001), pp. 625-34; and M.L Palmieri et al. The deformation caused by the strength of acoustic radiation can also be used as a source of transverse waves propagating away from the deformation zone, which can then be displayed to study neighboring regions on their material properties by visualizing the velocity of the transverse waves in the time domain. See related publications by Sarvazyan, A. et al., “Shear wave elasticity imaging: A new ultrasonic technology of medical diagnostics”, Ultrasound Med. Biol. 24, pp 1419-1435 (1998) and ”Quantifying Hepatic Shear Modulus In Vivo Using Acoustic Radiation Force”, Ultrasound in Med. Biol., Vol. 34, 2008. This method can also be used to estimate the frequency domain, wave shear modulus, and viscosity. See Fatemi, M. et al., “Ultrasound-stimulated vibro-acoustic spectrography”, Science 280, pp 82-85 (1998). These methods use a one-dimensional array of emitters to generate shear waves and are thus associated with a limited effective penetration depth and a combination of weak coupling and safety restrictions imposed on the maximum power of the exciting rays, combined with adverse diffraction effects that limit the penetration depth for effective measurement. See Bouchard, R. et al., “Image Quality, Tissue Heating, and Frame Rate Trade-offs in Acoustic Radiation Force Impulse Imaging,” IEEE Trans. UFFC 56, pp 63-76 (2009).
В дополнение к этому, существующие способы из-за ограниченной степени толкающего импульса возбуждения и двумерной методологии визуализации не способны различить те области изменения свойств, которые находятся в плоскости визуализации, и те области, которые могут находиться рядом, но вне плоскости. Смешение этих значений свойств вне плоскости визуализации со значениями в плоскости визуализации во время процесса визуализации может привести к ненужному снижению точности и диагностической ценности на выходе этих способов.In addition to this, existing methods, due to the limited degree of the pushing excitation pulse and the two-dimensional visualization methodology, are not able to distinguish between the areas of change of properties that are in the plane of visualization and those that can be nearby, but outside the plane. Mixing these property values outside the visualization plane with the values in the visualization plane during the visualization process can lead to an unnecessary decrease in the accuracy and diagnostic value at the output of these methods.
В обычной визуализации и количественных измерениях с использованием силы акустического излучения, практикуемых в настоящее время, толчок формируется одномерным массивом, который производит луч, который может легко контролироваться в одной плоскости визуализации, но ограничен одним, небольшой величины, фокусом в пересекающей плоскости, или плоскости возвышения, фиксированным фокусом механического объектива. Это приводит к механической силе толчка, который создает боковой ответ во всех направлениях, в и из плоскости массива. Движение ткани, вызванное этим толчком, распространяется в основном радиально во всех боковых направлениях, и затухает с коэффициентом 1/R в радиальных направлениях (в случае линейного источника в направлении толкающего импульса) в дополнение к нормальному затуханию, вызванному вязкостью ткани. В случае качественной и количественной визуализации с использованием силы акустического излучения это вредно, потому что области изменения жесткости, находящиеся вне плоскости, будут способствовать осевому смещению в плоскости изображения, снижая точность измерения жесткости в плоскости изображения. В случае количественного измерения радиальное распространение распределяет полезную энергию поперечной волны наружу из плоскости изображения, уменьшая амплитуду сигнала, необходимого для точной оценки свойств.In conventional visualization and quantitative measurements using the acoustic radiation power currently practiced, the shock is generated by a one-dimensional array that produces a beam that can be easily controlled in one visualization plane, but limited to one, small magnitude, focus in the intersecting plane, or elevation plane , fixed focus mechanical lens. This leads to a mechanical push force that creates a lateral response in all directions, to and from the plane of the array. The movement of the fabric caused by this push propagates mainly radially in all lateral directions, and damps with a factor of 1 / R in the radial directions (in the case of a linear source in the direction of the pushing pulse) in addition to the normal damping caused by the viscosity of the fabric. In the case of qualitative and quantitative imaging using the strength of acoustic radiation, this is harmful, because areas of stiffness that are outside the plane will contribute to axial displacement in the image plane, reducing the accuracy of measuring stiffness in the image plane. In the case of quantitative measurement, the radial distribution distributes the useful energy of the shear wave outward from the image plane, reducing the amplitude of the signal necessary for an accurate assessment of the properties.
Движение, производимое передачей силы акустического излучения в допустимых пределах ограничений по диагностическому излучению, очень мало, в диапазоне от 0,1 до 15 мкм по амплитуде. Измерение таких малых движений осуществляется путем отслеживания отражений от локальных неоднородностей в изучаемой ткани, что означает, что влияние поперечной волны на принимаемый сигнал может быть трудно различить. В дополнение к этому, движение поперечной волны сильно затухает в ткани, которая является вязкоупругой по своей природе. Таким образом, адекватное отношение сигнала к шуму трудно получить, и диапазон проникновения очень ограничен. Любые интерферирующие сигналы отрицательно сказываются на результатах. Важным источником помех является относительное движение датчика, используемого для изучения, и изучаемой области ткани. Это может быть вызвано внешними источниками, такими как дрожание руки оператора, или внутренними источниками, такими как дыхание, сердцебиение, или другие вольные или невольные движения объекта. Попытки улучшения соотношения сигнал-шум для способов использования силы акустического излучения из уровня техники использовали полосовую фильтрацию сигналов для устранения низких частот из данных. Большинство артефактов движения имеют частоту ниже 50 Гц, так что может быть сделано некоторое улучшение. См., например, публикацию Urban et al, “Error in Estimates of Tissue Material Properties from Shear Wave Dispersion Ultrasound Vibrometry,” IEEE Trans. UFFC, vol. 56, No. 4, (Apr. 2009). Тем не менее, некоторые из этих помех являются довольно большими по амплитуде, и полосовой фильтрации не всегда достаточно, чтобы исключить неблагоприятные влияния. Артефакты в виде неправильной оценки смещений и, следовательно, неверно рассчитанных скоростей и модулей поперечных волн являются общими.The movement produced by the transmission of acoustic radiation power within the permissible limits of the limitations on diagnostic radiation is very small, in the range from 0.1 to 15 microns in amplitude. Measurement of such small movements is carried out by tracking reflections from local inhomogeneities in the tissue under study, which means that the influence of a shear wave on the received signal can be difficult to distinguish. In addition to this, the movement of a shear wave is strongly attenuated in a tissue that is viscoelastic in nature. Thus, an adequate signal to noise ratio is difficult to obtain, and the penetration range is very limited. Any interfering signals adversely affect the results. An important source of interference is the relative movement of the sensor used to study and the region of tissue being studied. This can be caused by external sources, such as shaking the operator’s hand, or internal sources, such as breathing, heartbeat, or other voluntary or involuntary movements of the object. Attempts to improve the signal-to-noise ratio for methods of using the acoustic radiation power of the prior art have used bandpass signal filtering to eliminate low frequencies from the data. Most motion artifacts have a frequency below 50 Hz, so some improvement can be made. See, for example, Urban et al, “Error in Estimates of Tissue Material Properties from Shear Wave Dispersion Ultrasound Vibrometry,” IEEE Trans. UFFC, vol. 56, No. 4, (Apr. 2009). However, some of these interferences are quite large in amplitude, and band pass filtering is not always sufficient to eliminate adverse effects. Artifacts in the form of an incorrect estimate of displacements and, therefore, incorrectly calculated velocities and shear wave moduli are common.
Соответственно, задача настоящего изобретения состоит в улучшении эффективной глубины проникновения эффектов силы акустического излучения, таких как поперечные (сдвиговые) волны. Еще одна задача настоящего изобретения состоит в уменьшении внеплоскостных влияний во время оценки материала. Еще одна задача настоящего изобретения состоит в уменьшении погрешности измерений, связанной с относительным движением датчика в исследованиях, основанных на силе акустического излучения.Accordingly, it is an object of the present invention to improve the effective penetration depth of acoustic radiation effects, such as transverse (shear) waves. Another objective of the present invention is to reduce off-plane influences during material evaluation. Another objective of the present invention is to reduce the measurement error associated with the relative motion of the sensor in studies based on the strength of acoustic radiation.
В соответствии с принципами настоящего изобретения описаны диагностическая ультразвуковая система визуализации и способ, которые позволяют пользователю получать данные изображения с высоким разрешением, достаточным для измерения движения ткани или характеристик поперечной волны, распространяющейся через ткань. Ультразвуковой зонд с двумерным массивом преобразовательных элементов передает толкающий импульс в виде широкой полосы энергии в ткань. Широкая полоса энергии может быть плоской или неплоской, и может быть получена с помощью последовательности индивидуально передаваемых импульсов ультразвука или путем передачи плоского волнового фронта. В отличие от одиночных векторных толкающих импульсов из уровня техники, двумерный толкающий импульс широкой полосы энергии производит плоский или полуплоский волновой фронт сдвига, который не страдает от затухания распространения энергии с коэффициентом 1/R, свойственного уровню техники. В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения множество фоновых импульсов отслеживания передаются в область вокруг местоположения толкающего импульса и интересующей области, в которой поперечная волна должна быть обнаружена. Эхо-сигналы, полученные от фоновых импульсов отслеживания, коррелируются с течением времени для оценки фонового движения в интересующей области при распространении сдвиговой волны, что используется для корректировки измеренного смещения, вызванного прохождением поперечной волны.In accordance with the principles of the present invention, a diagnostic ultrasound imaging system and a method are described that allow a user to obtain high resolution image data sufficient to measure tissue movement or the characteristics of a shear wave propagating through a tissue. An ultrasound probe with a two-dimensional array of transducer elements transmits a pushing pulse in the form of a wide band of energy into the tissue. A wide band of energy can be flat or non-flat, and can be obtained using a sequence of individually transmitted pulses of ultrasound or by transmitting a plane wave front. Unlike single vector pushing pulses from the prior art, a two-dimensional pushing pulse of a wide energy band produces a plane or half-plane shear wavefront that does not suffer from attenuation of energy propagation with a 1 / R coefficient inherent in the prior art. In accordance with yet another aspect of the present invention, a plurality of background tracking pulses are transmitted to an area around the location of the pushing pulse and the region of interest in which a transverse wave is to be detected. The echoes received from the background tracking pulses correlate over time to estimate the background motion in the region of interest during shear wave propagation, which is used to correct the measured displacement caused by the shear wave.
НА ПРИВЕДЕННЫХ ЧЕРТЕЖАХ:ON THE DRAWINGS:
Фиг. 1 иллюстрирует в виде блок-схемы ультразвуковую диагностическую систему визуализации, выполненную в соответствии с принципами настоящего изобретения.FIG. 1 illustrates in block diagram form an ultrasound diagnostic imaging system made in accordance with the principles of the present invention.
Фиг. 2a-2с иллюстрируют передачу последовательности толкающих импульсов на различную глубину, чтобы произвести волновой фронт поперечной волны.FIG. 2a-2c illustrate the transmission of a sequence of pushing pulses to various depths to produce a shear wavefront.
Фиг. 3 пространственно иллюстрирует последовательность импульсов вдоль вектора толкающего импульса, полученный волновой фронт поперечной волны, а также серии векторов импульсов отслеживания.FIG. 3 spatially illustrates the train of pulses along the pushing pulse vector, the resulting shear wavefront, as well as the series of tracking pulse vectors.
Фиг. 4 иллюстрирует радиальное распространение волнового фронта поперечной волны, исходящей из вектора толкающего импульса.FIG. 4 illustrates the radial propagation of a shear wave front coming from a pushing pulse vector.
Фиг. 5 иллюстрирует двумерный толкающий импульс, полученный в соответствии с принципами настоящего изобретения.FIG. 5 illustrates a two-dimensional pushing pulse obtained in accordance with the principles of the present invention.
Фиг. 6 иллюстрирует криволинейный двумерный толкающий импульс, полученный в соответствии с принципами настоящего изобретения.FIG. 6 illustrates a curved two-dimensional pushing pulse obtained in accordance with the principles of the present invention.
Фиг. 7-9 иллюстрируют использование фоновых импульсов отслеживания для оценки фонового движения ткани в области поперечной волны в соответствии с принципами настоящего изобретения.FIG. 7-9 illustrate the use of background tracking pulses to evaluate the background movement of tissue in a shear wave region in accordance with the principles of the present invention.
Обращаясь сначала к Фиг. 1, ультразвуковая система, построенная в соответствии с принципами настоящего изобретения для измерения поперечных волн, показана в виде блок-схемы. Ультразвуковой зонд 10 имеет двумерный массив 12 преобразовательных элементов для передачи и приема ультразвуковых сигналов. Двумерный массив преобразователей может сканировать двумерную (2D) плоскость передачи посредством излучения пучков и приема возвращающихся эхо-сигналов по одной плоскости в организме, а также может быть использован для сканирования объемной области путем излучения пучков в различных направлениях и/или плоскостях объемной (3D) области тела. Элементы массива соединены с расположенным внутри зонда микроформирователем 38 диаграммы направленности, который контролирует передачу элементами и обрабатывает эхо-сигналы, получаемые от групп или подмассивов элементов в сигналы с частично сформированной диаграммой направленности. Сигналы с частично сформированной диаграммой направленности подаются из зонда в многолинейный формирователь 20 диаграммы направленности приема в ультразвуковой системе переключателем 14 приема/передачи (T/R). Координацией передачи и приема формирователями диаграммы направленности управляет контроллер 16 формирователей диаграммы направленности, соединенный с многолинейным формирователем диаграммы направленности приема и с контроллером 18 передачи, который подает управляющие сигналы на микроформирователь диаграммы направленности. Контроллер формирователей диаграммы направленности реагирует на сигналы, производимые в ответ на манипуляции пользователя с пользовательской панелью 40 управления для управления работой ультразвуковой системы и ее зонда.Turning first to FIG. 1, an ultrasound system constructed in accordance with the principles of the present invention for measuring shear waves is shown in block diagram form. The
Многолинейный формирователь 20 диаграммы направленности приема создает множество пространственно различающихся линий приема (А-линий) эхо-сигналов в течение одного интервала приема-передачи. Эхо-сигналы обрабатываются на предмет фильтрации, уменьшения шума и т.п. сигнальным процессором 22, а затем сохраняются в памяти 24 А-линии. Различающиеся по времени отсчеты А-линии, относящиеся к одному пространственному положению вектора, связываются друг с другом в ансамбль эхо-сигналов, относящихся к общей точке в поле изображения. RF эхо-сигналы последовательной выборки А-линии того же пространственного вектора кросс-коррелируются RF кросс-коррелятором 26 А-линии для получения последовательности отсчетов смещения ткани для каждой точки отсчета на векторе. В качестве альтернативы, А-линии пространственного вектора могут быть допплеровски обработаны для обнаружения движения поперечной волны вдоль вектора, либо могут быть использованы другие фазочувствительные способы, такие как отслеживание спеклов во временной области. Детектор 28 пика волнового фронта реагирует на обнаружение смещения поперечной волны вдоль вектора А-линии для обнаружения пика смещения поперечной волны в каждой точке отсчета на А-линии. В предпочтительном варианте осуществления это делается путем построения кривой, хотя кросс-корреляция и другие интерполяционные способы также могут быть использованы при желании. Момент времени, в который достигается пик смещения поперечной волны, отмечается в отношении времен того же самого события в других положениях А-линии, все по отношению к общему отсчету времени, и эта информация поступает на детектор 30 скорости волнового фронта, который дифференциально вычисляет скорость поперечной волны из времен пика смещения на соседних А-линиях. Эта информация о скорости поступает в карту 32 отображения скорости, которая указывает скорость поперечной волны в пространственно различных точках в двумерной и трехмерной области изображения. Карта показа скорости соединена с блоком 34 обработки изображения, который обрабатывает карту скорости, предпочтительно перекрывая анатомическое ультразвуковое изображение ткани, для отображения на дисплее 36 изображения.The multi-line reception beam former 20 creates a plurality of spatially different reception lines (A-lines) of echo signals during a single receive-transmit interval. Echo signals are processed for filtering, noise reduction, etc. the
Фиг. 2a-2с иллюстрируют передачу последовательности сфокусированных толкающих импульсов с высоким значением MI (например, MI 1,9 или менее, так, чтобы быть в диагностических пределах, установленных FDA) вдоль одного направления вектора для получения волнового фронта поперечной волны. Импульсы с высоким значением MI и большой длительностью используются так, чтобы передавалось достаточное количество энергии, чтобы сместить ткани вниз вдоль вектора передачи и вызвать развитие поперечной волны. На Фиг. 2a зонд 10 на поверхности 11 кожи передает первый толкающий импульс 40 в ткань с профилем 41a, 41b пучка к заданной глубине фокуса, обозначенной заштрихованной областью 40. Этот толкающий импульс будет смещать ткань, находящуюся в фокусе, вниз, в результате чего волновой фронт 42 поперечной волны будет исходить наружу от смещенной ткани.FIG. 2a-2c illustrate the transmission of a sequence of focused push pulses with a high MI value (for example, MI 1.9 or less, so as to be within the diagnostic limits set by the FDA) along one direction of the vector to obtain a shear wavefront. Pulses with a high MI value and a long duration are used so that enough energy is transmitted to shift the tissue down along the transmission vector and cause the development of a shear wave. In FIG. 2a, the
Фиг. 2b иллюстрирует второй толкающий импульс 50, передаваемый зондом 10 вдоль того же самого вектора и фокусируемый на большей глубине, обозначенной заштрихованной областью 50. Этот второй толкающий импульс 50 смещает ткань, находящуюся в фокусе, вызывая волновой фронт 52 поперечной волны, исходящий наружу от смещенной ткани. Таким образом, оба волновых фронта 42 и 52 поперечных волн распространяются в боковых направлениях через ткань, с начальным волновым фронтом 42, идущим перед вторым волновым фронтом в зависимости от интервала времени между передачей двух толкающих импульсов и от разности задержки распространения в связи с изменением расстояния распространения до фокуса.FIG. 2b illustrates a second pushing
Фиг. 2c иллюстрирует передачу зондом 10 третьего толкающего импульса 60 на большую глубину, что производит исходящее наружу излучение волнового фронта 62 поперечной волны. На Фиг. 2c видно, что составной волновой фронт от трех толкающих импульсов, обозначенный профилем составного волнового фронта 42, 52 и 62, распространяется на заметную глубину в ткань, от малой глубины первого толкающего импульса 40 до самой большой глубины третьего толкающего импульса 60. Это позволяет измерять поперечную волну на значительной глубине ткани. В реализации системы, показанной на Фиг. 1, такая последовательность толкающих импульсов может быть использована для обнаружения распространения поперечной волны на глубину 6 см, что является подходящей глубиной для визуализации и диагностики масс в молочных железах.FIG. 2c illustrates the transmission by the
Следует иметь в виду, что большее или меньшее количество толкающих импульсов может быть передано вдоль вектора толкающего импульса, в том числе один толкающий импульс. Множественные толкающие импульсы могут передаваться в любом порядке, который собственно и определяет форму и направление составного волнового фронта поперечной волны. Например, если толкающие импульсы, изображенные на Фиг. 2a-2c, были переданы последовательно от самых глубоких (60) к самым мелким (40) с соответствующей задержкой между передачами, составной волновой фронт поперечной волны, изображенный на Фиг. 2c, будет иметь наклон, обратный наклону, показанному на Фиг. 2c. Как правило, каждый толкающий импульс представляет собой длинный импульс продолжительностью от 50 до 200 микросекунд. Типичная длительность составляет, например, 100 микросекунд. Ультразвук, образуемый при импульсе длительностью 100 микросекунд, является импульсами волны сжатия и может иметь частоту 7 или 8 МГц, например. Толкающие импульсы хорошо сфокусированы, предпочтительно с числом f от 1 до 2. В одной типичной реализации толкающий импульс передается каждые 2,5 мс (при условии, что скорость перемещения источника сдвига от (40) к (50) и от (50) к (60) больше, чем скорость распространения поперечной волны), что дает толкающие импульсы с частотой передачи 400 Гц. В другой реализации все три толкающих импульса передаются в одной последовательности, чтобы запустить полный волновой фронт поперечной волны до того, как начнется отслеживание А-линий.It should be borne in mind that more or fewer pushing pulses can be transmitted along the pushing pulse vector, including one pushing pulse. Multiple pushing pulses can be transmitted in any order, which actually determines the shape and direction of the composite wave front of the transverse wave. For example, if the push pulses shown in FIG. 2a-2c were transmitted sequentially from the deepest (60) to the smallest (40) with a corresponding delay between transmissions, the composite shear wave front shown in FIG. 2c will have a slope opposite to the slope shown in FIG. 2c. As a rule, each pushing pulse is a long pulse with a duration of 50 to 200 microseconds. A typical duration is, for example, 100 microseconds. An ultrasound generated by a pulse of 100 microseconds in duration is a pulse of a compression wave and can have a frequency of 7 or 8 MHz, for example. The push pulses are well focused, preferably with a number f from 1 to 2. In one typical implementation, the push pulse is transmitted every 2.5 ms (provided that the shear source travels from (40) to (50) and from (50) to ( 60) greater than the shear wave velocity), which gives push pulses with a transmission frequency of 400 Hz. In another implementation, all three pushing pulses are transmitted in the same sequence to trigger the full shear wavefront before the A-line tracking begins.
Фиг. 3 является еще одной иллюстрацией использования трех толкающих импульсов для создания составного волнового фронта поперечной волны. Три толкающих импульса передаются вдоль векторов 44, 54 и 64, которые, как это видно, выровнены вдоль одного векторного направления на Фиг. 3. Когда самый глубокий толкающий импульс вектора 64 передается первым, а за ним толкающие импульсы, сфокусированные на последовательно меньших глубинах, волновые фронты поперечных волн соответствующих толкающих импульсов будут распространяться как указано волнами 46, 56 и 66 по времени вскоре после того, как будет передан последний толкающий импульс (вектор 64). Интервалы времени между временами передачи толкающих импульсов определяются сдвиговой и продольной скоростями, потому что время распространения до фокуса должно быть принято во внимание. Так как поперечные волны 46, 56 и 66 движутся наружу от вектора толкающего импульса, они отслеживаются импульсами 80 отслеживания, показанными в пространственной прогрессии вдоль верхней части чертежа. Импульсы отслеживания могут возникать как между, так и после толкающих импульсов. В отличие от изображения Фиг. 2c, иллюстрация поперечных волн 46, 56, и 56 составного волнового фронта на Фиг. 3 показывает, что распространяющиеся поперечные волны существенно совмещены во времени и расстоянии горизонтального распространения. С точки зрения резкого различия в скорости распространения между продольными толкающими импульсами и поперечными волнами в тканях, порядка 100 к 1, типичной картиной является, когда индивидуальные толкающие импульсы передаются в быстрой последовательности. Поскольку единственной функцией толкающих импульсов является приложение силы к ткани и не требуется никакого последующего периода времени для приема отраженного сигнала, как в случае с эхо-импульсной ультразвуковой визуализацией, после каждого импульса, по существу, не требуется никакого времени задержки, и толкающие импульсы могут быть переданы в очень быстрой последовательности. Время прохождения толкающего импульса в ткани составляет порядка 100 микросекунд (ультразвук перемещается в тканях со скоростью около 1560 м/с), в то время как время прохождения поперечной волны в ткани составляет порядка от 2 до 10 миллисекунд (поперечные волны перемещаются в тканях со скоростью около 1-5 м/с в ткани). Таким образом, с точки зрения периодичности и скорости прохождения поперечной волны, быстрая последовательность толкающих импульсов является почти мгновенной, обеспечивая единый волновой фронт.FIG. 3 is another illustration of the use of three push pulses to create a composite shear wavefront. Three pushing pulses are transmitted along
В обычной визуализации и количественных измерениях с использованием силы акустического излучения толкающий импульс (импульсы) передается по одному направлению вектора. Когда толчок порождается одномерным массивом, т.е. зондом, имеющим одну строку преобразовательных элементов, массив производит пучок, который может легко контролироваться в одной плоскости изображения массива, но ограничивается одним, относительно небольших размеров фокусом в поперечной или продольной плоскости фиксированным фокусом механического объектива зонда. Это приводит к механическому толчку, который создает ответ, излучаемый вбок во всех направлениях, в и наружу из одной плоскости изображения массива. Движение ткани, вызванное энергией этого толчка, распространяется примерно радиально во всех боковых направлениях, как показано круговыми волновыми фронтами 72, окружающими вектор толкающего импульса и направленными наружу стрелками 70 на Фиг. 4, и испытывает затухание энергии с коэффициентом 1/R в радиальных направлениях в дополнение к обычному затуханию в ткани. В случае качественной и количественной визуализации с использованием силы акустического излучения это вредно, потому что внеплоскостные области изменения жесткости будут вносить свой вклад в осевое смещение тканей в плоскости изображения, снижая точность измерения жесткости в плоскости изображения. В случае количественных измерений с использованием силы акустического излучения радиальное распространение удаляет полезную энергию поперечной волны из плоскости изображения, уменьшая амплитуду сигнала, необходимую для оценки свойства.In conventional visualization and quantitative measurements using the strength of acoustic radiation, the pushing pulse (s) is transmitted along one direction of the vector. When the push is generated by a one-dimensional array, i.e. with a probe having one line of transducer elements, the array produces a beam that can be easily controlled in one plane of the image of the array, but is limited to one relatively small size focus in the transverse or longitudinal plane with the fixed focus of the mechanical lens of the probe. This leads to a mechanical shock, which creates a response emitted laterally in all directions, in and out of one plane of the image of the array. The tissue movement caused by the energy of this jolt propagates approximately radially in all lateral directions, as shown by
В соответствии с принципами настоящего изобретения толкающий импульс формируется как двумерная широкая полоса энергии вместо одного одномерного вектора. Такие двумерные широкие толкающие пучки проходят в измерении D глубины, а также в измерении Е по высоте или азимуту, как показано широким толкающим пучком 80 на Фиг. 5. Широкий толкающий пучок 80 приводит к формированию поперечных волн с плоскими фронтами, как показано плоскими волновыми фронтами 90, 92 на Фиг. 5, которые перемещаются в поперечном направлении от силового поля широкого толкающего пучка 80, как показано стрелками 91, 93. Эта возбуждающая поперечная волна является источником плоской волны, а не линейным источником, изображенным на Фиг. 4, устраняя затухание с коэффициентом 1/R в радиальной диссипации энергии. Программируемость и гибкость двумерного массива 12 для формирования пучков в произвольных направлениях и из очевидных центров в различных местах на поверхности массива используются для формирования толкаемых областей ткани общей формы, размера и направления толчка посредством осевого и/или бокового качания фокального пятна, быстрого перепрыгивания фокусного пятна из одного места в другое, или и того, и другого, используя преимущество существенного соотношения между скоростями распространения продольных толкающих волн и поперечных волн в ткани (порядка 100 к 1), чтобы обеспечить формирование эффективного источника поперечных волн, который может иметь достаточно произвольные размер, форму и ориентацию, так что может быть сформирован сфокусированный и управляемый источник двумерного или трехмерного пучка поперечных волн желаемой ориентации, формы и размера.In accordance with the principles of the present invention, a pushing pulse is formed as a two-dimensional wide band of energy instead of a single one-dimensional vector. Such two-dimensional wide push beams extend in the depth measurement D, as well as in the measurement E in height or azimuth, as shown by the
В простой реализации настоящего изобретения, показанной на Фиг. 5, возбуждается плоская, расширенная полоса толкаемой ткани 80, что формирует поперечные волны в плоской полосе 90, 93, распространяющиеся вбок, а не в радиальном направлении наружу, и затухающие с ростом расстояния, пройденного поперечной волной. Это улучшает расстояние проникновения различных модальностей силы излучения. Этот слой может быть сформирован путем фокусировки глубоко в ткани и начала передачи длинного ультразвукового пакета. В то время как пакет передается, точка фокуса переводится на более мелкую позицию, по направлению к зонду, для формирования линейного источника. Несколько таких линий силового толкающего пучка передаются в плоскости, перпендикулярной к поверхности зонда, как показано на Фиг. 5. В качестве альтернативы, плоскость силового толкающего пучка передается в других плоскостях, не перпендикулярных к поверхности массива и в пределах направленности массива, чтобы создать плоский источник поперечных волн. Такая передача будет эффективно производить единичную толкающую силу в двух измерениях, в течение такого времени, что продолжительность всей возбуждающей последовательности несколько быстрее, чем период получаемых поперечных волн. Поскольку время продольного распространения ультразвука составляет порядка 100 мкс, в то время как нужный период поперечной волны составляет порядка 2 мс, имеется время для многочисленных передач, чтобы создать полосу 90, 92 энергии.In a simple implementation of the present invention shown in FIG. 5, a flat, widened strip of pushed
Разновидностью способа передачи, изображенного на Фиг. 5, является передача полосовым пучком, который посредством одновременного возбуждения элементов двумерного массива преобразователей по высоте и азимуту передает полосовой пучок из двумерного массива. Так как профиль задержки двумерного массива является полностью программируемым, передача полосы, сфокусированной глубоко в поле, а затем перемещение точки фокуса ближе со скоростью, сравнимой со скоростью поперечной волны, будет обеспечивать формирование простого плоского источника поперечной волны. Этот плоский источник может быть передан под любым углом поворота, так что поперечные волны могут распространяться в любом боковом направлении. Кроме того, угол наклона плоского источника может изменяться, так что источник поперечной волны может быть направлен в плоскости, не перпендикулярные к массиву.A variation of the transmission method depicted in FIG. 5 is a transmission in a strip beam that, by simultaneously exciting the elements of a two-dimensional array of transducers in height and azimuth, transmits a strip beam from a two-dimensional array. Since the delay profile of a two-dimensional array is fully programmable, transmitting a strip focused deep in the field, and then moving the focal point closer with a speed comparable to the velocity of the transverse wave, will provide the formation of a simple plane source of the transverse wave. This flat source can be transmitted at any angle of rotation, so that transverse waves can propagate in any lateral direction. In addition, the angle of inclination of the planar source can vary, so that the shear wave source can be directed in a plane that is not perpendicular to the array.
Третья реализация настоящего изобретения проиллюстрирована на Фиг. 6. В этом варианте осуществления полосовой пучок передается двумерным массивом преобразователей, который является криволинейным в поперечном направлении, либо в пространстве, либо в профиле задержки, либо и в том, и в другом, так что результирующий источник поперечной волны фокусируется в тонкий пучок, что дополнительно увеличивает разрешение и чувствительность способов, используемых для его обнаружения. Возможно даже создать кривизну в осевом направлении, как показано широким толкающим пучком (PBS) на Фиг. 6, создавая двумерную фокусировку поперечных волн. Как показывает этот чертеж, двумерный 12 массив преобразователей формирует криволинейный широкий толкающий пучок PBS. Кривизна PBS заставляет фронт поперечной волны SWF постепенно сходиться по мере его прохождения, как показано постепенным схождением SWF1, SWF2 и SWF3 к закрашенной клеточками плоскости 98. Это схождение показано также профилем 96 криволинейных фронтов поперечной волны. Справа на чертеже изображен фронт поперечной волны SWF2, иллюстрирующий обратную кривизну фронта поперечной волны по мере того, как он проходит за линию максимального схождения SWF3. Этот метод фокусировки поперечных волн является наиболее подходящим для линейного способа измерения, а не для плоскостного способа измерения. Скорость сбора данных резко снижается в обмен на значительное увеличение чувствительности вблизи фокуса поперечной волны в SWF3. Этот способ может также использоваться для фокусировки двумерного криволинейного волнового фронта поперечной волны в ограниченную лишь дифракцией точку фокуса или в область с ограниченной осевой глубиной.A third implementation of the present invention is illustrated in FIG. 6. In this embodiment, the strip beam is transmitted by a two-dimensional array of transducers, which is curved in the transverse direction, either in space or in the delay profile, or both, so that the resulting shear wave source is focused into a thin beam, which further increases the resolution and sensitivity of the methods used to detect it. It is even possible to create curvature in the axial direction, as shown by the wide push beam (PBS) in FIG. 6, creating a two-dimensional focusing of transverse waves. As this drawing shows, a two-dimensional 12 array of transducers forms a curved wide push beam PBS. The curvature of the PBS causes the SWF shear wave front to gradually converge as it passes, as shown by the gradual convergence of SWF1, SWF2, and SWF3 to the cell 98-shaded plane. This convergence is also shown by the
Диагностика жесткости ткани, которая выполняется путем измерения поперечных волн, сильно зависит от точного отслеживания волнового фронта поперечной волны во времени так, чтобы изменения в скорости его распространения по мере прохождения через различные ткани могли быть точно измерены. В системах из уровня техники эти измерения проводились в предположении, что не было относительного движения между ультразвуковым зондом и тканью, так что единственным относительным движением ткани является движение, производимое силой толкающего импульса. Это предположение зачастую неверно, так как относительное движение может также происходить от нетвердого удержания зонда, от движения пациента, или от анатомического движения за счет дыхания и сердцебиения. Смещение, вызываемое силой излучения, очень мало, порядка 10 мкм. Хотя точность ультразвукового RF отслеживания может достигать 1-2 мкм, движение поперечной волны может быть забито гораздо большими движениями пациента, такими как сердечные и дыхательные движения, а также окружающими шумами. Хотя может быть использована фильтрация, чтобы попытаться устранить шум, частота которого находится за пределами диапазона гармонических частот поперечной волны, в соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предпринят дополнительный шаг для снижения шума. Этот шаг заключается в использовании смещения, оцененного вдали от области возбуждения (например, на глубине, составляющей по меньшей мере половину глубины поля, находящегося вдали от фокуса в направлении глубины) в качестве фонового шума, так как можно допустить, что в этой области не прикладывается никакой существенной силы излучения. Этот «источник» шума в форме оценки смещения вычитается из смещения поперечной волны, оцененного в интересующей области.Diagnostics of tissue stiffness, which is performed by measuring shear waves, is highly dependent on accurately tracking the shear wavefront in time so that changes in its propagation velocity as it passes through different tissues can be accurately measured. In prior art systems, these measurements were carried out under the assumption that there was no relative movement between the ultrasound probe and the tissue, so that the only relative movement of the tissue is the movement produced by the force of the pushing pulse. This assumption is often incorrect, since relative movement can also come from unsteady retention of the probe, from patient movement, or from anatomical movement due to respiration and heartbeat. The bias caused by the radiation force is very small, on the order of 10 microns. Although the accuracy of ultrasonic RF tracking can reach 1–2 μm, shear wave motion can be blocked by much larger patient movements, such as cardiac and respiratory movements, as well as ambient noise. Although filtering may be used to try to eliminate noise whose frequency is outside the harmonic frequency range of the shear wave, in accordance with another aspect of the present invention, an additional step has been taken to reduce noise. This step consists in using an offset estimated far from the field of excitation (for example, at a depth of at least half the depth of field, which is far from the focus in the depth direction) as background noise, since it can be assumed that no no significant radiation power. This “source” of noise in the form of an offset estimate is subtracted from the shear wave offset estimated in the region of interest.
Простой пример обнаружения фонового движения показан на Фиг. 7. Одновекторный толкающий пучок, будучи сфокусированным, имеет наиболее существенное влияние вдоль оси пучка вблизи глубины 110 фокуса. Фиг. 7 иллюстрирует профиль 100 векторного толкающего пучка, в котором сила толкающего пучка является сконцентрированной. Некоторые эластографические способы, основанные на силе акустического излучения, включают в себя только отслеживание вдоль той же оси, что и у толкающего пучка, и в этом случае данные от отслеживающих пучков, которые уже используются, могут быть использованы для обнаружения фонового движения, но из диапазонов, которые значительно короче, и значительно больше, чем фокусная длина, то есть за пределами глубины поля сфокусированного толкающего пучка, чтобы сделать оценку осевого движения для вычитания из отсчета измерения. Звездочки 102 и 104 иллюстрируют области фокуса двух фоновых отслеживающих пучков, один из которых расположен выше области фокуса толкающего импульса, а другой расположен ниже области фокуса толкающего импульса. Области фокуса фоновых отслеживающих пучков показаны пунктирными профилями пучка по обе стороны фоновых отслеживающих пучков. Эхо-сигналы от этих мест фонового отслеживания оцифровываются многократно до, во время и/или после передачи толкающего импульса (импульсов). Эти различающиеся по времени эхо-сигналы сравниваются, обычно путем корреляции, и для оценки наличия осевого фонового движения используется сравнение (сравнения). Любое смещение ткани из-за фоновых эффектов вычитается из оценок движения, вызванного поперечной волной, чтобы скорректировать оценку движения поперечной волны на величину фоновых эффектов.A simple example of background motion detection is shown in FIG. 7. A single-vector pushing beam, being focused, has the most significant effect along the axis of the beam near a depth of 110 focal points. FIG. 7 illustrates a
Фиг. 8 иллюстрирует другой пример обнаружения фонового движения. В этом примере дополнительные точки 106, 107, 108 и 116, 117, 118, расположенные сбоку далеко за пределами области 120 отслеживания поперечной волны, представляющей интерес, могут отслеживаться в течение интервала измерения для получения данных, которые позволяют вычислить оценку фонового движения в любой точке внутри или вокруг области, представляющей интерес. Таким образом могут быть обнаружены эффекты движения от наклона или вращения зонда во время интервала измерения. Например, если сравнения изменений в эхо-сигналах в точках 106, 107, 108 с течением времени указывают на движение вверх и влево от интересующей области 120, а разности в точках 116, 117, 118 в то же время указывают на движение вниз и вправо от интересующей области, можно сделать вывод, что существует общее вращательное или наклонное движение зонда по отношению к области, представляющей интерес, для которого должна быть сделана компенсация измерений.FIG. 8 illustrates another example of background motion detection. In this example,
Как показано на Фиг. 9, также возможно, а в некоторых случаях может быть желательно, отслеживать в плоскости двумерного изображения вдоль нескольких линий в интересующей области 120, прилегающей к области 100 толчка, в моменты времени до и после события толчка. В этом примере две линии 126, 127, 128 и 136, 137, 138 отслеживания фонового движения оцифровываются периодически в течение интервала измерения слева от вектора 100 толкающего импульса и две линии 146, 147, 148 и 156, 157, 158 отслеживания фонового движения оцифровываются справа от вектора толкающего импульса. Как правило, необходимы одна выборка значений фонового движения до и несколько выборок значений фонового движения после события толчка, чтобы получить оценку движения из-за события толчка. Тем не менее, если получены два или более ансамбля выборок значений фонового движения перед толчком, оценка фонового движения также может быть получена. Если по меньшей мере один ансамбль эхо-сигналов фонового движения также получен через достаточно длительное время после толчка, дополнительные оценки фонового движения также могут быть получены, так как движение может быть интерполировано, а не экстраполировано, во времени от момента перед толкающим импульсом до момента после толкающего импульса. Этот способ может быть выполнен с множественными боковыми смещениями от оси толкающего пучка. Если фоновое движение не является равномерным в области, представляющей интерес, может быть получена оценка скалярного поля осевой составляющей движения в пределах объема образца.As shown in FIG. 9, it is also possible, and in some cases it may be desirable, to track in the plane of a two-dimensional image along several lines in the region of
Следует иметь в виду, что коррекция с учетом фонового движения может быть выполнена для измерений, выполненных в трехмерном пространстве, в дополнение к одной плоскости. Использование двумерного массива преобразователей, как показано на Фиг. 1, позволяет использовать эффективность трехмерной эластографии для получения дополнительной клинической пользы, поскольку внеплоскостные изменения упругих свойств могут отрицательно повлиять на эффективность одноплоскостных эластографических измерений. Дополнительное трехмерное управление геометрией толкающего пучка посредством двумерного массива может улучшить отношение сигнал-шум и дать дополнительную функциональность. В этом случае дополнительные пучки отслеживания фонового движения за пределами области, представляющей интерес, в течение интервала измерения и/или ранние и поздние пучки отслеживания фонового движения могут быть добавлены в трехмерной области, представляющей интерес, как указано выше для двумерного случая, чтобы получить полную трехмерную объемную оценку осевого движения для коррекции измеренного отклика на возбуждение от толкающего пучка. Например, четыре линии отслеживания фонового движения могут передаваться с интервалами в 90° вокруг вектора толкающего импульса. Линии отслеживания фонового движения могут быть переданы спереди и сзади двумерной полосы толкающего импульса, как описано выше, чтобы обнаружить движение ткани в трехмерном пространстве, над которым измеряются поперечные волны.It should be borne in mind that the correction taking into account the background motion can be performed for measurements made in three-dimensional space, in addition to one plane. Using a two-dimensional array of transducers, as shown in FIG. 1, allows the use of the effectiveness of three-dimensional elastography for additional clinical benefits, since out-of-plane changes in elastic properties can adversely affect the effectiveness of uniplanar elastographic measurements. Additional three-dimensional control of the geometry of the push beam by means of a two-dimensional array can improve the signal-to-noise ratio and provide additional functionality. In this case, additional background motion tracking beams outside the region of interest during the measurement interval and / or early and late background motion tracking beams can be added in the three-dimensional region of interest, as indicated above for the two-dimensional case, to obtain full three-dimensional volumetric axial motion estimation to correct the measured response to excitation from the push beam. For example, four background motion tracking lines can be transmitted at 90 ° intervals around the pushing pulse vector. Background movement tracking lines can be transmitted in front and behind a two-dimensional band of a pushing pulse, as described above, in order to detect tissue movement in a three-dimensional space above which transverse waves are measured.
Claims (14)
ультразвуковой матричный зонд, содержащий двумерный массив преобразовательных элементов, который передает толкающий импульс вдоль заданного вектора для формирования поперечной волны, передает импульсы отслеживания вдоль линий отслеживания, примыкающих к вектору толкающего импульса, и принимает эхо-сигналы из точек вдоль линий отслеживания, причем сфокусированный толкающий импульс имеет измерение как по высоте, так и по азимуту;
память для хранения эхо-данных линии отслеживания;
детектор движения, реагирующий на данные линии отслеживания для обнаружения поперечной волны, проходящей через местоположения линий отслеживания; и
дисплей для отображения характеристики обнаруженной поперечной волны,
причем ультразвуковой матричный зонд дополнительно выполнен с возможностью передачи вдоль одной или более линий отслеживания фонового движения, вдоль которых принимают эхо-сигналы фонового движения, по соседству с вектором толкающего импульса в различные моменты времени, которые сравнивают для обнаружения фонового движения вблизи поперечной волны.1. Ultrasonic diagnostic imaging system for transverse-wave analysis, containing:
an ultrasonic array probe containing a two-dimensional array of transducer elements that transmits a pushing pulse along a given vector to generate a shear wave, transmits tracking pulses along tracking lines adjacent to the pushing pulse vector, and receives echo signals from points along the tracking lines, the focused pushing pulse It has a measurement both in height and in azimuth;
memory for storing echo data of the tracking line;
a motion detector responsive to the tracking line data for detecting a shear wave passing through the locations of the tracking lines; and
a display for displaying the characteristics of the detected shear wave,
moreover, the ultrasonic matrix probe is additionally configured to transmit along one or more background tracking lines, along which background motion echoes are received, in the vicinity of the pushing pulse vector at various times, which are compared to detect background motion near the transverse wave.
причем фоновое движение обнаруживают в точках, расположенных выше и ниже глубины фокуса толкающего импульса.3. The ultrasound diagnostic imaging system according to claim 1, in which the line tracking background motion is located along the vector of the pushing pulse,
moreover, background motion is detected at points located above and below the focus depth of the pushing pulse.
причем линия отслеживания фонового движения расположена рядом с интересующей областью.5. The ultrasound diagnostic imaging system according to claim 1, further comprising a region of interest for shear wave analysis located on at least one side of the pushing pulse vector,
moreover, the tracking line of the background movement is located next to the area of interest.
причем линия отслеживания фонового движения расположена в интересующей области.6. The ultrasound diagnostic imaging system according to claim 1, further comprising a region of interest for shear wave analysis located at least on one side of the pushing pulse vector,
wherein the background motion tracking line is located in the region of interest.
причем сигналы фонового движения расположены в трехмерном пространстве вокруг вектора толкающего импульса.8. The ultrasound diagnostic imaging system according to claim 1, in which the ultrasonic matrix probe further comprises a two-dimensional array of transducer elements,
moreover, the background motion signals are located in three-dimensional space around the vector of the pushing pulse.
причем сигналы фонового движения принимаются от областей спереди и сзади волнового фронта поперечной волны.10. The ultrasound diagnostic imaging system according to claim 8, in which the two-dimensional matrix transducer element is further configured to produce a push-pulse energy band to form a shear wave front,
wherein, the background motion signals are received from areas in front and behind the shear wave front.
используют ультразвуковой зонд для передачи сфокусированного толкающего импульса для формирования поперечной волны в области ткани, причем ультразвуковой зонд содержит двумерный массив преобразовательных элементов;
передают вдоль одной или более линий отслеживания фонового движения и принимают эхо-сигналы фонового движения вдоль линий отслеживания фонового движения вне глубины фокуса сфокусированного толкающего импульса;
сравнивают эхо-сигналы фонового движения, принятые в различные моменты времени, для обнаружения относительного движения между ультразвуковым зондом и областью ткани в течение интервала времени, когда обнаруживается поперечная волна, и
формируют характеристику поперечной волны, которая скорректирована с учетом относительного движения.12. A method for correcting the measurement of a shear wave characteristic measured in a tissue region, taking into account the effect of relative motion between the tissue and the ultrasound probe, comprising the steps of:
using an ultrasound probe to transmit a focused pushing pulse to generate a shear wave in the tissue region, the ultrasound probe containing a two-dimensional array of transducer elements;
transmit along one or more background motion tracking lines and receive background motion echoes along the background motion tracking lines outside the focus depth of the focused pushing pulse;
comparing the background motion echoes received at different times to detect the relative motion between the ultrasound probe and the tissue region during the time interval when a shear wave is detected, and
form the characteristic of the shear wave, which is adjusted for relative motion.
причем обнаружение относительного движения дополнительно содержит этапы, на которых:
получают эхо-сигналы фонового движения вблизи толкающего импульса в различные моменты времени и
сравнивают полученные в различные моменты времени эхо-сигналы фонового движения для обнаружения фонового движения.13. The method according to p. 12, in which the use of an ultrasonic probe further comprises the step of transmitting a pushing pulse by means of an ultrasonic probe for generating a transverse wave,
moreover, the detection of relative motion further comprises stages in which:
receive echoes of the background motion near the pushing pulse at different points in time and
echoes of the background motion obtained at different times are compared to detect background motion.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US42247910P | 2010-12-13 | 2010-12-13 | |
US61/422,479 | 2010-12-13 | ||
PCT/IB2011/055546 WO2012080913A1 (en) | 2010-12-13 | 2011-12-08 | Adjusting measurements of the effects of acoustic radiation force for background motion effects |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013132551A RU2013132551A (en) | 2015-01-20 |
RU2603051C2 true RU2603051C2 (en) | 2016-11-20 |
Family
ID=45531894
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013132551/14A RU2603051C2 (en) | 2010-12-13 | 2011-12-08 | Adjusting measurements of the effects of acoustic radiation force for background motion effects |
Country Status (7)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US10485514B2 (en) |
EP (1) | EP2651307B1 (en) |
JP (1) | JP6129744B2 (en) |
CN (1) | CN103260525B (en) |
BR (1) | BR112013014422A2 (en) |
RU (1) | RU2603051C2 (en) |
WO (1) | WO2012080913A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2715598C2 (en) * | 2015-06-11 | 2020-03-02 | Конинклейке Филипс Н.В. | Probe with ultrasonic matrix converter for shear waves visualization |
Families Citing this family (26)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10624609B2 (en) * | 2012-10-07 | 2020-04-21 | Mayo Foundation For Medical Education And Research | System and method for shear wave elastography by transmitting ultrasound with subgroups of ultrasound transducer elements |
US9734626B2 (en) * | 2012-11-20 | 2017-08-15 | Koninklijke Philips N.V. | Automatic positioning of standard planes for real-time fetal heart evaluation |
CN103908289B (en) * | 2012-12-31 | 2019-11-12 | Ge医疗系统环球技术有限公司 | The method of ambient noise in elimination shearing wave and corresponding ultrasonic image-forming system |
JP6305699B2 (en) * | 2013-07-01 | 2018-04-04 | キヤノンメディカルシステムズ株式会社 | Ultrasonic diagnostic apparatus and ultrasonic imaging program |
KR101654674B1 (en) * | 2013-11-28 | 2016-09-06 | 삼성전자주식회사 | Method and ultrasound apparatus for providing ultrasound elastography |
KR20150070859A (en) | 2013-12-17 | 2015-06-25 | 삼성전자주식회사 | Method and apparatus for obtaining elasticity information of interest of region using shear wave |
US9332963B2 (en) * | 2014-01-21 | 2016-05-10 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | Swept focus for acoustic radiation force impulse |
JP2015188514A (en) * | 2014-03-27 | 2015-11-02 | 日立アロカメディカル株式会社 | Ultrasonic diagnostic device |
US20150272547A1 (en) * | 2014-03-31 | 2015-10-01 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | Acquisition control for elasticity ultrasound imaging |
JP5851549B2 (en) * | 2014-04-21 | 2016-02-03 | 日立アロカメディカル株式会社 | Ultrasonic diagnostic equipment |
RU2689174C2 (en) * | 2014-05-16 | 2019-05-24 | Конинклейке Филипс Н.В. | Autocorrelation-induced cross correlation in shear wave ultrasonic elastography |
JP2016022249A (en) * | 2014-07-23 | 2016-02-08 | ジーイー・メディカル・システムズ・グローバル・テクノロジー・カンパニー・エルエルシー | Ultrasonic diagnostic device and program |
JP6006769B2 (en) * | 2014-10-16 | 2016-10-12 | 株式会社日立製作所 | Ultrasonic diagnostic equipment |
WO2016069750A1 (en) | 2014-10-29 | 2016-05-06 | Mayo Foundation For Medical Education And Research | Method for ultrasound elastography through continuous vibration of an ultrasound transducer |
JP5936734B1 (en) * | 2015-03-11 | 2016-06-22 | 日立アロカメディカル株式会社 | Ultrasonic diagnostic equipment |
US10582911B2 (en) | 2015-08-11 | 2020-03-10 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | Adaptive motion estimation in acoustic radiation force imaging |
WO2017062553A1 (en) * | 2015-10-08 | 2017-04-13 | Mayo Foundation For Medical Education And Research | Systems and methods for ultrasound elastography with continuous transducer vibration |
US10376233B2 (en) * | 2016-04-08 | 2019-08-13 | Siemens Medical Solutions Usa, Inc. | Diffraction source compensation in medical diagnostic ultrasound viscoelastic imaging |
JP6601320B2 (en) * | 2016-06-16 | 2019-11-06 | コニカミノルタ株式会社 | Ultrasonic diagnostic apparatus and control method of ultrasonic diagnostic apparatus |
JP6771095B2 (en) * | 2016-09-12 | 2020-10-21 | コーニンクレッカ フィリップス エヌ ヴェKoninklijke Philips N.V. | Ultrasound Imaging Systems and Methods |
WO2018060820A1 (en) | 2016-09-29 | 2018-04-05 | Koninklijke Philips N.V. | Ultrasonic shear wave imaging with background motion compensation |
KR20180072358A (en) * | 2016-12-21 | 2018-06-29 | 삼성메디슨 주식회사 | Ultrasonic diagnostic apparatus and method for controlling the same |
US11644440B2 (en) | 2017-08-10 | 2023-05-09 | Mayo Foundation For Medical Education And Research | Shear wave elastography with ultrasound probe oscillation |
CN111885965A (en) * | 2018-03-21 | 2020-11-03 | 皇家飞利浦有限公司 | Ultrasound system for shear wave imaging in three dimensions |
CN109171816B (en) * | 2018-09-05 | 2021-07-20 | 中北大学 | Ultrasonic CT system for examining mammary gland and scanning method thereof |
JP7304230B2 (en) | 2019-07-26 | 2023-07-06 | 富士フイルムヘルスケア株式会社 | Ultrasound imaging device |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5810731A (en) * | 1995-11-13 | 1998-09-22 | Artann Laboratories | Method and apparatus for elasticity imaging using remotely induced shear wave |
WO2009140607A1 (en) * | 2008-05-15 | 2009-11-19 | Mayo Foundation For Medical Education And Research | Vibration generation and detection in shear wave dispersion ultrasound vibrometry with large background motions |
US6527717B1 (en) * | 2000-03-10 | 2003-03-04 | Acuson Corporation | Tissue motion analysis medical diagnostic ultrasound system and method |
US6758815B2 (en) * | 2001-10-17 | 2004-07-06 | Richard Bruce Bernardi | Apparatus and method for indicating mechanical stiffness properties of body tissue |
US8118744B2 (en) * | 2007-02-09 | 2012-02-21 | Duke University | Methods, systems and computer program products for ultrasound shear wave velocity estimation and shear modulus reconstruction |
US9364194B2 (en) * | 2008-09-18 | 2016-06-14 | General Electric Company | Systems and methods for detecting regions of altered stiffness |
US20100191113A1 (en) * | 2009-01-28 | 2010-07-29 | General Electric Company | Systems and methods for ultrasound imaging with reduced thermal dose |
US20100286520A1 (en) * | 2009-05-11 | 2010-11-11 | General Electric Company | Ultrasound system and method to determine mechanical properties of a target region |
US8500639B2 (en) * | 2009-09-11 | 2013-08-06 | Mr Holdings (Hk) Limited | Systems and methods for shear wave field formation |
-
2011
- 2011-12-08 EP EP11813561.5A patent/EP2651307B1/en active Active
- 2011-12-08 US US13/990,201 patent/US10485514B2/en active Active
- 2011-12-08 BR BR112013014422A patent/BR112013014422A2/en active Search and Examination
- 2011-12-08 WO PCT/IB2011/055546 patent/WO2012080913A1/en active Application Filing
- 2011-12-08 RU RU2013132551/14A patent/RU2603051C2/en active
- 2011-12-08 JP JP2013542657A patent/JP6129744B2/en active Active
- 2011-12-08 CN CN201180059600.XA patent/CN103260525B/en active Active
-
2019
- 2019-10-29 US US16/666,646 patent/US11446006B2/en active Active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
2010191113 A1, 29.07.2010;US 5810731 A, 22.09.1998;US 2010069751 A1, 18.03.2010;US 2003158483 A1, 21.08.2003;WO 2009140607 A1, 19.11.2009;RU 2005135637 A, 10.06.2006. Л.В.ОСИПОВ ";Ультразвуковые диагностические приборы";, глава ";Разнообразный мир ультразвуковых диагностических приборов";, М., ВИДАР, 1999, с.с.27-59. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2715598C2 (en) * | 2015-06-11 | 2020-03-02 | Конинклейке Филипс Н.В. | Probe with ultrasonic matrix converter for shear waves visualization |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2013544615A (en) | 2013-12-19 |
US11446006B2 (en) | 2022-09-20 |
CN103260525A (en) | 2013-08-21 |
RU2013132551A (en) | 2015-01-20 |
WO2012080913A1 (en) | 2012-06-21 |
EP2651307B1 (en) | 2017-11-15 |
CN103260525B (en) | 2015-07-15 |
US20200060655A1 (en) | 2020-02-27 |
JP6129744B2 (en) | 2017-05-17 |
EP2651307A1 (en) | 2013-10-23 |
US10485514B2 (en) | 2019-11-26 |
BR112013014422A2 (en) | 2017-03-21 |
US20130296698A1 (en) | 2013-11-07 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2603051C2 (en) | Adjusting measurements of the effects of acoustic radiation force for background motion effects | |
US10448924B2 (en) | Ultrasonic acoustic radiation force excitation for ultrasonic material property measurement and imaging | |
US11464489B2 (en) | Ultrasonic shear wave imaging with focused scanline beamforming | |
US9244169B2 (en) | Measuring acoustic absorption or attenuation of ultrasound | |
CN106419961B (en) | Adaptive motion estimation in acoustic radiation force imaging | |
KR20140129246A (en) | Determining material stiffness using multiple aperture ultrasound | |
US20220386996A1 (en) | Ultrasonic shearwave imaging with patient-adaptive shearwave generation | |
US11364015B2 (en) | Ultrasonic shear wave imaging with background motion compensation | |
JP2006166957A (en) | Ultrasonograph |